广西大学《Small》：四甲基胍改性氧化石墨烯作为凝胶聚合物电解质添加剂，用于提高柔性锌空气电池的性能

材料分析与应用 · 公众号 · · 2025-01-14 17:05

正文

1 成果简介

柔性锌空气电池（FZAB）具有能量密度高、成本效益高和安全等优点，是下一代可穿戴电子设备电源的理想解决方案。然而，用于 FZAB 的固态电解质仍然面临着失水快和离子导电率低的挑战。 本文，广西大学梁立喆等研究人员在《Small》期刊 发表名为“Tetramethylguanidine-Modified Graphene Oxide as a Gel Polymer Electrolyte Additive for Improving the Performance of Flexible Zinc-Air Batteries” 的论文，研 究设计了一种亲水且稳定的四甲基胍修饰氧化石墨烯作为添加剂，将其加入聚丙烯酸钠以开发高性能凝胶聚合物电解质（GPE） 。

添加添加剂可使 GPE 更亲水，从而形成更广泛的氢键网络和更高效的离子传输通道。由于其稳定的结构、丰富的水通道和快速的羟基传导性，GPE 还具有出色的机械性能、持久的保水性和高离子传导性（173.9 mS cm-1）。用这种GPE组装的FZAB具有1.558V的高开路电压、230h的循环寿命、810.3mAh g-1的比容量和130.5mW cm-2 的峰值功率密度，同时还具有令人印象深刻的灵活性。这些特性彰显了它们在可穿戴电子设备中的巨大应用潜力。

2 图文导读

图1、PANa-O3DG-TMG GPE 的制造过程图示。

图2、添加剂和 GPE 的形态结构和表征.

图3、PANa-O3DG-TMG GPE 的形态和优异性能。

图4、模拟离子传导机制的 PANa-O3DG-TMG 的纳米结构和分子动力学。

图5、GPE 组装的柔性固态 ZAB 的电化学特性。

图6、基于 PANa-O3DG-TMG 的 FZAB 的弯曲状态性能和实际应用。

3 小结

总之，我们成功制备了掺杂四甲基胍修饰的氧化立体结构石墨烯的PANa 凝胶聚合物电解质。O3DG-TMG 因其独特的物理性质和电化学稳定性而闻名，它的加入显著提高了 PANa 凝胶电解质的离子导电性、吸水性、保水性和机械性能。此外，还利用分子动力学模拟了 PANa-O3DG-TMG 的羟基传导机制和分子结构。O3DG-TMG 与 PANa 聚合物结合后形成了稳定、富含羟基和羧基的结构，有助于 GPE 形成氢键网络，从而实现了快速羟基传导。用 PANa-O3DG-TMG 组装的柔性锌空气电池的开路电压为 1.55 V，峰值功率密度为 130.5 mW cm-2，比容量为 810.3 mAh g-1，循环寿命超过 230 h，表现出优于之前报道的大多数柔性锌空气电池的出色电化学性能。这些用 PANa-O3DG-TMG GPE 构建的柔性锌空气电池在弯曲和折叠等各种条件下都表现出了卓越的柔韧性和可靠性，能够为各种柔性和可穿戴电子设备供电。

文献：

https://doi.org/10.1002/smll.20241020 ‍ 7